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Die vorliegende Offenbarung bezieht sich auf eine Manipulatorplattform für medizinische Anwendungen, die eine Aufnahmeplattform zur Aufnahme zumindest eines Handhabungsmanipulators für medizinische Geräte aufweist. Ferner bezieht sich die vorliegende Offenbarung auf eine Handhabungsvorrichtung für medizinische Anwendungen, die eine Manipulatorplattform, einen Handhabungsmanipulator, der an der Manipulatorplattform gehalten ist, aufweist, und zur Aufnahme eines medizinischen Gerätes am Handhabungsmanipulator ausgebildet ist.
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Allgemein betrifft die vorliegende Offenbarung das Gebiet der minimal-invasiven Eingriffe sowie das Gebiet robotischer Operationssysteme bzw. das Gebiet robotischer Teleoperationssysteme. Bei minimal-invasiven Eingriffen nutzen Chirurgen üblicherweise natürliche Körperöffnungen oder künstlich geschaffene Körperöffnungen, um verschiedene Instrumente in das Innere des Körpers einer zu behandelnden Person bzw. eines zu behandelnden Tieres einzuführen. Minimal-invasive Eingriffe können Eingriffe therapeutischer Art, Eingriffe diagnostischer Art sowie Kombinationen davon umfassen. Allgemein wird angestrebt, nur möglichst kleine Zugangsöffnungen zum Körper zu verwenden, um die Belastung für den Patienten zu minimieren.
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Aus der
US 6,933,695 B2 ist ein Roboter-Chirurgie-System für eine chirurgische Behandlung eines auf einem Operationstisch liegenden Patienten bekannt, das in einem Operationssaal durchgeführt wird, der eine deckenhohe Stützstruktur aufweist, wobei das System eine Montagebasis, einen chirurgischen Endeffektor und einen Koppelabschnitt aufweist, der den Endeffektor relativ zur Montagebasis beweglich hält, wobei die Montagebasis an der deckenhohen Stützstruktur anbringbar ist, um den Koppelabschnitt nach unten ausgerichtet aufzunehmen, um den chirurgischen Endeffektor in der Nähe des Patienten zu halten.
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Aus der
EP 0 836 425 A1 ist chirurgischer Instrumentenmanipulator bekannt, mit einer fixierbaren Trägerbasis, einem Instrumentenhalter, der beweglich an der Trägerbasis angebracht und angepasst ist, um ein chirurgisches Instrument lösbar zu halten, einer Antriebsanordnung, und mit einer Kopplungseinrichtung, wobei der Instrumentenhalter einen Körper und einen Instrumententräger umfasst, der beweglich am Körper angebracht ist und eine Schnittstelle aufweist, die mit dem chirurgischen Instrument koppelbar ist, um das Instrument lösbar an dem Instrumentenhalter anzubringen.
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Seit geraumer Zeit befinden sich Systeme für robotische Operationen, insbesondere auf dem Gebiet der Telemedizin, im Stadium der Forschung und Erprobung. In der Vergangenheit wurde üblicherweise der Ansatz verfolgt, bekannte Funktionsprinzipien aus dem Gebiet der (industriellen) Robotik bzw. der industriellen Fertigung, Montage und Handhabung auf die Medizintechnik zu übertragen. Derartige Ansätze stoßen jedoch dann an Grenzen, wenn es um die besonderen Anforderungen auf dem Gebiet der minimal-invasiven Chirurgie geht.
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Manipulatoren oder Roboter für medizinische, insbesondere chirurgische, therapeutische und/oder diagnostische, Zwecke können als bodengeführte Geräte gestaltet sein. Alternativ können die Manipulatoren oder Roboter an der Decke aufgenommen bzw. geführt sein. Die letztgenannte Anordnung hat den Vorteil, dass der Bodenbereich im Operationssaal bzw. im Behandlungsraum nicht durch den Manipulator belegt ist.
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Grundsätzliche Ausführungsformen von Manipulatoren oder Robotern umfassen beispielsweise eine sogenannte serielle Kinematik und eine sogenannte parallele Kinematik. Mischformen sind denkbar. Bei seriellen Anordnungen sind die Gelenke bzw. Aktoren des Mechanismus in Reihe angeordnet. Mit anderen Worten ist jedes Gelenk/jeder Aktor an einer Basis aufgenommen und dient wiederum als Basis für ein weiteres Gelenk/einen weiteren Aktor, bis hin zum letzten Gelenk/Aktor in der kinematischen Kette.
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Bei einer Parallelkinematik sind mehrere Gelenke/Aktoren vorgesehen, die sich bspw. zwischen ein oder derselben Basis und ein und derselben Plattform befinden. Gemeinsam können die Gelenke/Aktoren eine räumliche Relativbewegung zwischen der Plattform und der Basis bewirken.
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Eine serielle Kinematik kann auch als offene Kinematik bezeichnet werden. Eine parallele Kinematik kann auch als geschlossene Kinematik bezeichnet werden.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Manipulatorplattform für medizinische Anwendungen sowie eine Handhabungsvorrichtung mit einer solchen Manipulatorplattform anzugeben, die zur Erweiterung des Anwendungsfeldes robotischer Behandlungssysteme beitragen können. Dies soll möglichst bei einfachem Aufbau der Manipulatorplattform erfolgen. Vorzugsweise erlaubt die Manipulatorplattform eine vorteilhafte Ausrichtung zumindest eines Handhabungsmanipulators, der für Diagnosezwecke und/oder Behandlungszwecke genutzt wird. Demgemäß dient die Manipulatorplattform vorzugsweise als bauliche/räumliche Schnittstelle zwischen dem Handhabungsmanipulator und einer Umgebung, insbesondere einer Decke des Operationssaals, Untersuchungsraums oder Behandlungsraums. Die Manipulatorplattform soll eine günstige Vorausrichtung des Handhabungsmanipulators und eines daran aufgenommenen medizinischen Geräts in Bezug auf einen Patienten erlauben. Dies soll die Durchführung der medizinischen Behandlung vereinfachen.
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Eine mit einer derartigen Manipulatorplattform versehene Handhabungsvorrichtung soll möglichst für robotische medizinische Anwendungen, insbesondere für robotergestützte Diagnoseverfahren, Behandlungsverfahren und/oder Operationsverfahren geeignet sein. Vorzugsweise ist die Handhabungsvorrichtung für telemedizinische Anwendungen geeignet.
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Die Aufgabe der Erfindung wird durch eine Manipulatorplattform für medizinische Anwendungen gelöst, die Folgendes aufweist:
- - eine Basis,
- - eine Aufnahmeplattform zur Aufnahme zumindest eines Handhabungsmanipulators für medizinische Instrumente, und
- - eine Positioniereinheit, die zwischen der Basis und der Aufnahmeplattform aufgenommen ist, um die Aufnahmeplattform zu positionieren,
wobei die Positioniereinheit eine Mehrachskinematik aufweist, die eine räumliche Positionierung der Aufnahmeplattform erlaubt, und
wobei die Aufnahmeplattform entlang einer Führungsbahn eine Mehrzahl von Aufnahmepositionen bereitstellt.
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Die Aufgabe der Erfindung wird auf diese Weise vollkommen gelöst.
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Erfindungsgemäß dient nämlich die Manipulatorplattform als Schnittstelle bzw. Basis für den eigentlichen Handhabungsmanipulator, der auch als Handhabungsroboter bezeichnet werden kann. Jedoch weist die Manipulatorplattform ihrerseits einen Mechanismus auf, der eine Grobausrichtung oder Vorausrichtung des Handhabungsmanipulators ermöglicht. Dies hat den Vorteil, dass der Handhabungsmanipulator in gewünschter Weise in Bezug auf den Patienten ausgerichtet werden kann. Auf diese Weise kann sich eine ergonomisch günstige Konfiguration und Anordnung ergeben.
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Beispielhaft ist die Manipulatorplattform deckengeführt gestaltet, wobei die Basis deckenseitig aufgenommen ist. Dies hat den Vorteil, dass ein Bodenbereich im Operationssaal, Diagnoseraum und/oder Behandlungsraum eben nicht durch die Manipulatorplattform belegt wird. Somit steht dem medizinischen Personal mehr Platz zur Verfügung. Ferner erleichtert sich die Reinigung des Bodens. Kabel und sonstige Verbindungsleitungen, die mit der Manipulatorplattform, dem Handhabungsmechanismus und/oder dem medizinischen Instrument gekoppelt sind, müssen nicht am Boden verlegt werden. Stattdessen können besagte Kabel und Verbindungsleitungen auch über die Decke zugeführt bzw. entlang der Decke verlegt werden.
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Vorzugsweise kann die Manipulatorplattform dazu beitragen, medizinische Anwendungen und Behandlungen in einer sowohl für das medizinische Personal, insbesondere den Operateur, als auch für den Patienten vorteilhaften und ergonomisch günstigen Lage durchzuführen. Ein weiterer Vorteil besteht darin, dass die Manipulatorplattform bei NichtGebrauch im Raum verbleiben kann, vorzugsweise in einer Ruhestellung, in der sonstige Arbeiten nicht gestört werden.
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Vorzugsweise erlaubt die Positioniereinheit eine Steuerung der Position und der Orientierung der Aufnahmeplattform, zumindest in gewissen Grenzen. Dies umfasst gemäß zumindest einigen Ausführungsformen eine räumliche Positionierung und eine räumliche Orientierung. Demgemäß ist die Positioniereinheit, zumindest in einigen beispielhaften Ausführungsformen, als sogenannte Sechs-Achs-Positioniereinheit ausgeführt, dies beinhaltet die Möglichkeit zur Bewegung und Orientierung der Aufnahmeplattform in sämtlichen Raumrichtungen, umfassend drei lineare Freiheitsgrade und drei rotatorische Freiheitsgrade. Abgewandelte Ausführungsformen sind vorstellbar, z.B. als Drei-Achs-Positioniereinheit, die entsprechend mit weniger Bewegungsfreiheitsgraden versehen ist. Auch bei diesen Ausführungsformen kann eine günstige Vorausrichtung der Aufnahmeplattform bewirkt werden.
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Die Manipulatorplattform kann auch als robotische Manipulatorplattform bezeichnet werden, sofern entsprechende Antriebe und Steuerungseinrichtungen vorgesehen sind. Demgemäß kann die Positioniereinheit gemäß zumindest einigen beispielhaften Ausführungsformen auch als robotische Positioniereinheit bezeichnet werden. Die Manipulatorplattform kann für telemedizinische Anwendungen genutzt werden. Demgemäß kann die Manipulatorplattform gemäß zumindest einigen beispielhaften Ausführungsformen als Telemanipulatorplattform bezeichnet werden.
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Die Aufnahmeplattform kann durch die Positioniereinheit bewegt werden, um die Position bzw. die Ausrichtung zu steuern. Die Aufnahmeplattform ihrerseits stellt eine Mehrzahl von Aufnahmepositionen für den Handhabungsmanipulator bereit. Dies erhöht die Flexibilität der gesamten Anordnung weiter. Beispielhaft kann die Aufnahmeplattform mit einer eigenen Führung und ggf. sogar mit einem eigenen Antrieb versehen sein, um den Handhabungsmanipulator in gewünschter Weise und in der gewünschten Position an der Aufnahmeplattform festzulegen.
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Die Bereitstellung der Führungsbahn hat den Vorteil, dass die Aufnahmeposition des zumindest einen Handhabungsmanipulators zumindest in Grenzen frei wählbar ist. Die Führungsbahn kann etwa gekrümmt oder kreisförmig gestaltet sein. Wenn die Führungsbahn entsprechend Abmessungen aufweist, insbesondere eine definierte Mindestlänge, sind mehrere Handhabungsmanipulatoren aufnehmbar. Vorzugsweise ist zumindest zu Einstellzwecken bzw. für eine Grobausrichtung eine Bewegung des zumindest einen Handhabungsmanipulators entlang der Führungsbahn erlaubt.
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Gemäß einer beispielhaften Ausgestaltung ist die Basis kreisartig oder ringartig gestaltet. Vorzugsweise weist die Basis eine (ebene oder flache) Haupterstreckung auf, die größer als eine (ebene oder flache) Haupterstreckung der Aufnahmeplattform ist. Mit anderen Worten können sowohl die Basis als auch die Aufnahmeplattform kreisförmig bzw. ringförmig gestaltet sein, wobei der Durchmesser der Basis größer als der Durchmesser der Aufnahmeplattform ist. Es versteht sich, dass die Basis nicht zwingend kreisförmig oder ringförmig gestaltet sein muss. Vielmehr stellt die Basis Aufnahmepunkte bzw. Ankopplungspunkte für die Gelenke der Positioniereinheit bereit, die die Basis mit der Aufnahmeplattform verbinden.
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Gemäß einer Weiterbildung der Manipulatorplattform weist die Positioniereinheit eine parallele Mehrachskinematik auf, wobei die Positioniereinheit eine räumliche Ausrichtung der Aufnahmeplattform relativ zur Basis erlaubt. Die parallele Mehrachskinematik kann auch als Parallelkinematik bezeichnet werden. Demgemäß sind mehrere Gelenke bzw. Aktoren vorhanden, die sich gemeinsam (parallel) zwischen der Basis und der Aufnahmeplattform erstrecken. Die Ausführung als Parallelkinematik hat den Vorteil, dass der gewünschte Bewegungsbereich, in dem die Aufnahmeplattform verfahren bzw. verschwenkt werden soll, bei begrenztem Bauraumaufwand und hoher Tragfähigkeit der Positioniereinheit erzielbar ist.
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Üblicherweise ist der Bewegungsbereich von Parallelkinematiken im Vergleich zum Bewegungsbereich von seriellen Mechanismen begrenzt. Dies stellt jedoch keinen Nachteil dar, da die Positioniereinheit vorrangig zur Grobausrichtung bzw. Vorausrichtung genutzt wird.
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Gemäß einer weiteren Ausgestaltung der Manipulatorplattform ist die Positioniereinheit arretierbar, um eine Grundposition der Aufnahmeplattform zu definieren. Auf diese Weise kann eine Vorpositionierung herbeigeführt werden. Die gewünschte Grobausrichtung wird sodann gesichert, so dass eine hinreichend steife Aufnahmeplattform bereitsteht.
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Gemäß dieser Ausgestaltung ist es nicht unbedingt vorgesehen, dass die Beweglichkeit der Manipulatorplattform selbst während der Durchführung der medizinischen Anwendung genutzt wird. Stattdessen dient die Positioniereinheit dazu, eine Grundkonfiguration bzw. Basisstellung der Aufnahmeplattform herbeizuführen. In diesem Zusammenhang ist die Ausführung der Positioniereinheit als parallelkinematische Positioniereinheit von Vorteil, da eine hohe Steifigkeit gegeben ist. Dies erhöht die Genauigkeit und Präzision der Bewegungen des Handhabungsmanipulators, der an der Aufnahmeplattform gehalten ist.
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Gemäß einer weiteren Ausgestaltung der Manipulatorplattform weist die Positioniereinheit eine Mehrzahl parallel angeordneter Gelenke auf, die sich jeweils zwischen der Basis und der Aufnahmeplattform erstrecken. Im Rahmen der vorliegenden Offenbarung ist unter einer parallelen Anordnung der Gelenke ein Zustand zu verstehen, in dem jedes der Gelenke mit der Basis und der Aufnahmeplattform verbunden ist, ohne dass notwendigerweise ein anderes der Gelenke zwischengeordnet ist.
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Bei den Gelenken kann es sich etwa um Schubgelenke oder Drehgelenke handeln. Die Gelenke können, müssen aber nicht mit entsprechenden Antrieben gekoppelt sein. Die Gelenke können jeweils direkt mit der Basis und der Aufnahmeplattform gekoppelt sein. Es ist jedoch auch vorstellbar, dass weitere Elemente zwischengeschaltet sind.
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Die obige Definition schließt nicht aus, dass die Gelenke (etwa Schubgelenke) wiederum gelenkig aufgenommen sind. In diesem Zusammenhang wird beispielhaft auf bekannte Gestaltungen sogenannter Hexapod-Roboter verwiesen. Wesentlich ist, dass die Positioniereinheit nicht nach Art einer klassischen, seriellen Kinematik gestaltet ist.
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Gemäß einer Weiterbildung dieser Ausgestaltung umfassen die Gelenke parallele Schubgelenke, wobei die Gelenke die Basis und die Aufnahmeplattform gelenkig miteinander verbinden.
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Die Schubgelenke können etwa als fluidischer Linearzylinder gestaltet sein. Es ist vorstellbar, diese Ausgestaltung mit einem Antrieb zu koppeln oder antriebslos vorzusehen. In diesem Zusammenhang wird beispielhaft auf Gasdruckfedern verwiesen, die mit entsprechenden Dämpfungsmechanismen versehen sind. Es versteht sich, dass andere Ausgestaltungen von Schubgelenken vorstellbar sind. Allgemein können die Schubgelenke als teleskopierbare Schubstangen bezeichnet werden.
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Die Schubgelenke weisen ein erstes Ende und ein zweites Ende auf, wobei eines der beiden Enden mit der Basis und das andere der beiden Enden mit der Aufnahmeplattform gekoppelt ist. Es versteht sich, dass die Ankopplung an die Basis und/oder die Aufnahmeplattform wiederum gelenkig erfolgen kann, um die erforderlichen Freiheitsgrade bereitzustellen. Dies kann etwa zwei oder drei Rotationsfreiheitsgrade beim jeweiligen Ende der Schubgelenke umfassen.
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Gemäß einer weiteren Ausgestaltung der Manipulatorplattform umfassen die Gelenke parallele Schwenkarme, wobei die Gelenke die Basis und die Aufnahmeplattform gelenkig miteinander verbinden. Die Schwenkarme können mit geeigneten Schwenkantrieben gekoppelt sein. Es ist jedoch auch eine antriebslose Gestaltung vorstellbar. In diesem Fall ist es bevorzugt, wenn geeignete Dämpfungsmechanismen vorgesehen sind, die die Bewegung der Positioniereinheit dämpfen.
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Die Schwenkarme können beispielhaft Scherenmechanismen oder Hebelmechanismen zugeordnet sein. Auch die Schwenkarme können ein erstes Ende und ein zweites Ende umfassen, von denen eines der Aufnahmeplattform und eines der Basis zugeordnet ist. Die Enden können wiederum gelenkig mit der Basis bzw. der Aufnahmeplattform gekoppelt sein, vorzugsweise unter Bereitstellung von zwei oder drei Rotationsfreiheitsgraden.
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Gemäß einer weiteren Ausgestaltung der Manipulatorplattform umfassen die Gelenke parallele Lineartriebe, wobei die Gelenke die Basis und die Aufnahmeplattform gelenkig miteinander verbinden. Gemäß dieser Ausgestaltung sind die Gelenke nicht notwendigerweise als teleskopierbare Schubgelenke ausgestaltet. Vielmehr ist beispielsweise ein Schubgelenk nach Art eines Linearmotors vorgesehen, der die gewünschte Relativbewegung zwischen der Basis und der Aufnahmeplattform bereitstellt.
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In diesem Zusammenhang wird erneut angemerkt, dass der Begriff parallel nicht im streng geometrischen Sinne sondern vielmehr als kinematisch parallele Anordnung zu verstehen ist.
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Gemäß einer weiteren Ausgestaltung der Manipulatorplattform weist die Positioniereinheit eine Mehrzahl paralleler Aktuatoren auf, die zwischen der Basis und der Aufnahmeplattform angeordnet und mit den Gelenken gekoppelt sind. Bei den Aktuatoren kann es sich, je nach Art der Gelenke, etwa um fluidische Zylinder, insbesondere Hydraulikzylinder, Lineartriebe, insbesondere Linearmotoren, Spindeltriebe, insbesondere Kugelgewindetriebe oder Schraubspindeltriebe, Drehantriebe, insbesondere sog. Servoantriebe, handeln. Es versteht sich, dass je nach Ausführungsform auch zwischengeschaltete Getriebe oder ähnliche Einrichtungen zur Bewegungsumwandlung vorgesehen sein können.
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Wie vorstehend bereits ausgeführt, ist es vorstellbar, die Manipulatorplattform selbst antriebslos auszuführen, so dass die Grundpositionierung durch den Bediener selbst herbeigeführt wird. Es ist jedoch auch vorstellbar, entsprechende Antriebe vorzusehen, um die Aufnahmeplattform motorisch zu verfahren.
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Gemäß einer weiteren Ausgestaltung der Manipulatorplattform weist die Aufnahmeplattform eine Führung für zumindest einen Handhabungsmanipulator für ein medizinisches Instrument auf, wobei die Führung vorzugsweise eine gekrümmte oder kreisförmige Führungsbahn definiert.
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Mit anderen Worten ist die Manipulatorplattform etwa ringartig oder scheibenartig gestaltet. Dies kann eine Anordnung mit mehreren konzentrischen Ringen umfassen, die etwa konusartig zueinander versetzt sind. Beispielhaft kann der Handhabungsmanipulator an einem Schlitten aufgenommen sein, der wiederum an der Führung aufgenommen ist.
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Gemäß einer weiteren Ausgestaltung ist die Aufnahmeplattform derart ausgebildet, dass sich eine geneigte Orientierung der Führung relativ zu einer Haupterstreckungsrichtung oder Haupterstreckungsebene der Aufnahmeplattform ergibt. Auch dies kann etwa dadurch bewirkt werden, dass die Führung insgesamt konusartig gestaltet ist. Sofern die Führung, die durch die Aufnahmeplattform bereitgestellt wird, konusartig gestaltet ist, ist es bevorzugt, wenn der Öffnungswinkel des Konus von der Basis abgewandt ist.
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Entlang der Führung kann der Handhabungsmanipulator verfahren werden, um eine gewünschte Soll-Position relativ zur Aufnahmeplattform einzunehmen. Beispielseise kann der Handhabungsmanipulator dann in dieser Position arretiert werden. Es ist vorstellbar, die Führung mit einem Antrieb zu koppeln, um den Handhabungsmanipulator kontrolliert motorisch verfahren zu können. Es ist jedoch auch vorstellbar, die Führung derart auszulegen, dass der Handhabungsmanipulator händisch entlang der gekrümmten oder kreisförmigen Führungsbahn verfahren werden kann.
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Gemäß einer Weiterbildung der o.g. Ausgestaltung der Manipulatorplattform weist die Aufnahmeplattform zumindest zwei zueinander konzentrische, parallel versetzte Ringe auf, die Führungsflächen bereitstellen. Durch den Parallelversatz der zumindest zwei Ringe ergibt sich insgesamt die konische Gestaltung der Führung und somit die geneigte Grundausrichtung des an der Führung aufgenommenen Handhabungsmanipulators. Der Handhabungsmanipulator kann über einen als Fahrwagen ausgestalteten Schlitten an den durch die Ringe bereitgestellten Führungsflächen aufgenommen sein. Die Ringe können auch als Schienen bezeichnet werden.
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Gemäß einer weiteren Ausgestaltung der Manipulatorplattform ist die Aufnahmeplattform mit zumindest einem Ring mit einem polygonalen Querschnitt versehen, wobei zumindest eine Außenfläche des Ringes eine Führungsfläche für einen Schlitten definiert, der zwischen der Aufnahmeplattform und dem Handhabungsmanipulator angeordnet ist. Bei einem polygonalen Querschnitt kann die Führungsfläche (im Querschnitt) flache Abschnitte aufweisen. Dies kann die Führungsgenauigkeit und die Tragfähigkeit der Führung verbessern.
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Gemäß einer weiteren Ausgestaltung der Manipulatorplattform ist die Aufnahmeplattform mit einem Antrieb zum Verfahren des zumindest einen Handhabungsmanipulators entlang der Führung gekoppelt. Es ist vorstellbar, diesen Antrieb nur zur Grobausrichtung des Handhabungsmanipulators zu nutzen. Es ist jedoch auch vorstellbar, den Antrieb während der medizinischen Anwendung oder Behandlung zu benutzen, um für den Handhabungsmanipulator einen weiteren Freiheitsgrad bereitzustellen.
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Gemäß einer weiteren Ausgestaltung der Manipulatorplattform ist die Basis deckengeführt. Mit anderen Worten bildet die Basis einen oberen Abschluss der Manipulatorplattform. Der Handhabungsmanipulator, der an der Aufnahmeplattform aufgenommen ist, hängt auf diese Weise an der Basis. Dies hat den Vorteil, dass insbesondere der Boden des Operationssaales, Diagnoseraums oder Behandlungsraums nicht durch die Manipulatorplattform oder den Handhabungsmanipulator belegt ist.
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Im Sinne des oben genannten Ausführungsbeispiels soll daher der Begriff Basis nicht einschränkend verstanden werden. Eine Basis kann auch als Deckenbasis oder deckengeführte Basis ausgestaltet sein.
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Gemäß einer weiteren Ausgestaltung der Manipulatorplattform ist die Positioniereinheit dazu ausgebildet, die Aufnahmeplattform in eine Parkposition zu verfahren, in der die Aufnahmeplattform an die Basis angenähert ist. Beispielsweise umfasst die Parkposition einen Zustand, in dem die Aufnahmeplattform und die Basis parallel zueinander ausgerichtet sind und einen möglichst geringen Abstand zueinander aufweisen. Dies hat den Vorteil, dass die Manipulatorplattform in der Parkposition nur einen geringen (vertikalen) Bauraum beansprucht. Somit werden andere Arbeiten nicht beeinträchtigt, wenn die Manipulatorplattform nicht genutzt wird. Die Parkposition kann auch als versenkte Position der Aufnahmeplattform bezeichnet werden.
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Es ist auch vorstellbar, für den Handhabungsmanipulator eine definierte Parkposition vorzusehen, so dass dieser gemeinsam mit der Manipulatorplattform insgesamt nur einen sehr geringen Bauraum beansprucht.
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Die Handhabungsvorrichtung betreffend wird die Aufgabe der Erfindung durch eine Handhabungsvorrichtung für medizinische Anwendung gelöst, die Folgendes aufweist:
- - eine Manipulatorplattform gemäß zumindest einer hierin beschriebenen Ausgestaltung, und
- - einen Handhabungsmanipulator, der an der Aufnahmeplattform aufgenommen ist,
wobei die Handhabungsvorrichtung zur Aufnahme eines medizinischen Gerätes, insbesondere ein medizinischen Instrumentes, am Handhabungsmanipulator ausgebildet ist.
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Im Gegensatz zur Manipulatorplattform kann der Handhabungsmanipulator sehr wohl als serieller Manipulator oder serieller Roboter gestaltet sein, bei dem die einzelnen Elemente der kinematischen Kette in Reihe miteinander gekoppelt sind. Wiederum können sich Mischformen ergeben.
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Der Handhabungsmanipulator kann in gewünschter Weise an die vorzunehmende Behandlung angepasst sein. Da die Grobausrichtung des Handhabungsmanipulators durch die Manipulatorplattform bereitgestellt wird, kann der Handhabungsmanipulator sehr kompakt gestaltet sein. Gleichwohl ergibt sich eine Eignung für eine Vielzahl von Behandlungen.
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Gemäß einer Weiterbildung der Handhabungsvorrichtung ist der zumindest eine Handhabungsmanipulator als serieller Handhabungsmanipulator gestaltet und zur Aufnahme eines medizinischen Gerätes, insbesondere eines medizinischen Instruments, ausgebildet. Bei dem medizinischen Gerät kann es sich etwa um ein endoskopisches Gerät, ein laparoskopisches Gerät, um eine Pinzette oder Zange, oder um ähnliche diagnostische und/oder chirurgische Instrument handeln.
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Gemäß einer weiteren Ausgestaltung der Handhabungsvorrichtung ist die Manipulatorplattform deckenseitig aufnehmbar und dazu ausgestaltet, den Handhabungsmanipulator in Bezug auf eine Patientenauflage auszurichten. Die Ausrichtung kann eine Vorausrichtung oder Grobausrichtung umfassen, um eine an die aktuell durchzuführende Behandlung angepasste Konfiguration einzustellen.
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Die Handhabungsvorrichtung umfasst im Wesentlichen die Manipulatorplattform sowie zumindest einen daran aufgenommenen Handhabungsmanipulator. Es versteht sich, dass am Handhabungsmanipulator verschiedenartige Geräte aufnehmbar sind. Demgemäß ist das medizinische Gerät nicht in jedem Fall ein unbedingter Bestandteil der Handhabungsvorrichtung. Vielmehr ist die Handhabungsvorrichtung durch die Gestaltung des Handhabungsmanipulators dazu ausgebildet, diverse medizinische Geräte aufzunehmen.
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Es versteht sich, dass die vorstehend genannten und die nachstehend noch zu erläuternden Merkmale der Erfindung nicht nur in der jeweils angegebenen Kombination, sondern auch in anderen Kombinationen oder in Alleinstellung verwendbar sind, ohne den Rahmen der vorliegenden Erfindung zu verlassen.
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Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung bevorzugter Ausführungsbeispiele unter Bezugnahme auf die Zeichnungen. Es zeigen:
- 1 eine perspektivische schematische Ansicht einer Operationsumgebung mit einer Handhabungsvorrichtung, die eine Manipulatorplattform aufweist;
- 2 eine seitliche Ansicht der Handhabungsvorrichtung gemäß 1 in einem ausgefahrenen Zustand;
- 3 eine perspektivische vergrößerte Teilansicht einer Aufnahmeplattform der Handhabungsvorrichtung gemäß 1, an der ein Handhabungsmanipulator aufgenommen ist;
- 4 eine weitere seitliche Ansicht der Handhabungsvorrichtung in einer Parkposition, die von dem in 2 gezeigten Zustand abweicht;
- 5 eine perspektivische Teilschnittansicht einer Aufnahmeplattform der Manipulatorplattform;
- 6 eine Ansicht der Handhabungsvorrichtung gemäß 2, von unten her;
- 7 eine vergrößerte Teilansicht der Anordnung gemäß 6;
- 8 eine weitere perspektivische Ansicht einer Anwendungsumgebung, wobei die Handhabungsvorrichtung eine von der Darstellung gemäß 1 abweichende Konfiguration aufweist;
- 9 eine weitere perspektivische Ansicht einer Anwendungsumgebung, wobei die Handhabungsvorrichtung eine weitere abgewandelte Konfiguration aufweist;
- 10 eine perspektivische Ansicht noch einer weiteren Anwendungsumgebung, wobei die Handhabungsvorrichtung noch eine weitere abgewandelte Konfiguration aufweist;
- 11 eine perspektivische Ansicht einer Handhabungsvorrichtung mit einer abgewandelten Ausführungsform einer Manipulatorplattform; und
- 12 eine weitere perspektivische Ansicht einer Handhabungsvorrichtung mit noch einer weiteren abgewandelten Ausführungsform einer Manipulatorplattform.
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1 veranschaulicht anhand einer schematischen perspektivischen Ansicht eine Anwendungsumgebung 10, in der eine medizinische Anwendung durchgeführt wird. Bei der Anwendung handelt es sich beispielhaft um eine Operation, einen Diagnosevorgang, eine therapeutische Maßnahme, sowie um Kombinationen davon.
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Die in der 1 gezeigte Ausgestaltung wird ergänzend durch die 2 bis 7 veranschaulicht.
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Bei der Anwendungsumgebung 10 kann es sich etwa um einen Operationssaal, um einen Raum zur Durchführung von Diagnoseverfahren, einen Raum zur Durchführung von therapeutischen Verfahren, eine Intensivstation, eine Wachstation oder um Ähnliches handeln.
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Wesentliche Aspekte der vorliegenden Offenbarung betreffen eine Handhabungsvorrichtung 12 sowie Ausgestaltungen davon. Die Handhabungsvorrichtung 12 ist dazu ausgebildet, medizinische Geräte in Bezug auf einen Patienten 14 auszurichten. Gemäß dem Ausführungsbeispiel, das anhand der 1 veranschaulicht wird, ruht der Patient 14 auf einer Patientenauflage 16. Die Patientenauflage 16 umfasst beispielhaft ein Gestell 18, an dem ein Rückenteil oder Rumpfteil 20, ein Kopfteil 22 sowie ein Beinteil bzw. eine Beinauflage 24 aufgenommen sind. Der Patient 14 unterzieht sich beispielsweise eine Operation, einer Diagnose oder einer sonstigen medizinischen Prozedur. In 1 befindet sich der Patient 14 in einer Rückenlage. Beispielhaft kann in dieser Lage eine laparoskopische Untersuchung und/oder Operation durchgeführt werden.
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Die Handhabungsvorrichtung 12 umfasst im vorliegenden Ausführungsbeispiel ein medizinisches Instrument 28, das an einem Handhabungsmanipulator 26 aufgenommen ist. Bei dem medizinischen Instrument 28 handelt es sich beispielhaft um ein Endoskop oder Laparoskop. Andere Arten von Instrumenten sind denkbar. Der Handhabungsmanipulator 26 ist beispielhaft als robotischer Handhabungsmanipulator ausgeführt und mit einer Mehrzahl von Bewegungsachsen versehen. Der Handhabungsmanipulator 26 ist wiederum an einer Manipulatorplattform 30 aufgenommen. Die Manipulatorplattform 30 dient dazu, den Handhabungsmanipulator 26 in Bezug auf den Patienten 14 bzw. die Patientenauflage 16 auszurichten. Dies umfasst zumindest eine Vorausrichtung bzw. Grobausrichtung.
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Es ist gemäß zumindest einigen Ausführungsbeispielen gerade nicht vorgesehen, dass die Telemanipulatorplattform 30 den Handhabungsmanipulator 26 während der medizinischen Anwendung oder Behandlung aktiv bewegt.
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Die Manipulatorplattform 30 umfasst eine Basis 32, die auch als Deckenbasis bezeichnet werden kann. Beispielhaft ist die Basis 32 mit einem Rahmen 34 versehen, der gemäß dem anhand der 1 bis 7 veranschaulichten Ausführungsbeispiel ringartig gestaltet ist. Die Basis 32 ist an einer Decke 38 (vergleiche 2 und 4) aufnehmbar. Demgemäß kann die Manipulatorplattform 30 als deckengeführte oder deckengestützte Manipulatorplattform 30 bezeichnet werden.
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Ferner umfasst die Manipulatorplattform 30 eine Aufnahmeplattform 40, die üblicherweise vom Rahmen 34 bzw. von der Basis 32 beabstandet ist. Zwischen der Aufnahmeplattform 40 und der Basis 32 ist eine Positioniereinheit 42 ausgebildet. Die Positioniereinheit 42 umfasst eine parallele Mehrachskinematik 44. Mit anderen Worten sind beispielsweise in der in 1 gezeigten Ausgestaltung mehrere parallele Verbindungsabschnitte 46, 48, 50 vorgesehen, die jeweils sowohl mit der Aufnahmeplattform 40 als auch mit der Basis 32 gekoppelt sind.
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Beispielhaft sind Ausführungsarten von parallelen Mehrachskinematiken 44 vorstellbar, die drei oder sechs Gelenke aufweisen, die jeweils zwischen der Basis 32 und der Aufnahmeplattform 40 angeordnet sind. Je nach gewünschtem Einsatzzweck und nach gewünschter Funktionsvielfalt kann die Aufnahmeplattform 40 durch die Positioniereinheit 42 sowohl im Hinblick auf die Position als auch auf die Ausrichtung in Bezug auf die Basis 32 bewegt werden. Dies kann insgesamt sechs Bewegungsachsen (sechs Bewegungsfreiheitsgrade) umfassen, wenn die parallele Mehrachskinematik 44 mit sechs entsprechenden Gelenken versehen ist.
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Vorzugsweise ist die Positioniereinheit 42 blockierbar oder arretierbar, so dass eine aktuell eingestellte Position bzw. Orientierung der Aufnahmeplattform 40 in Bezug auf die Basis 32 bei Bedarf gesichert werden kann.
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Die mit 46, 48, 50 bezeichneten Verbindungsabschnitte können auch als Verbindungsarme bezeichnet werden. Die Verbindungsabschnitte 46, 48, 50 umfassen beispielhaft jeweils zwei Gelenke, die in dem in den 1 bis 7 gezeigten Ausführungsbeispiel als teleskopierbare Schubgelenke gestaltet sind.
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Dem Verbindungsabschnitt 46 sind Gelenke 52, 54 zugeordnet. Dem Verbindungsabschnitt 48 sind Gelenke 56, 58 zugeordnet. Dem Verbindungsabschnitt 50 sind Gelenke 60, 62 zugeordnet. Die dem jeweiligen Verbindungsabschnitt 46, 48, 50 zugeordneten Gelenke 52, 54, 56, 58, 60, 62 können jeweils paarweise jedoch auch unabhängig voneinander bewegt werden. Auf diese Weise kann eine Vielzahl von Positionen und Orientierungen der Aufnahmeplattform 40 in Bezug auf die Basis 32 bewirkt werden.
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In 1 ist mit 66 eine Lagerstelle des Verbindungsabschnitts 46 bzw. der Gelenke 52, 54 des Verbindungsabschnitts 46 an der Basis 32 bezeichnet. Ferner ist mit 68 eine Lagerstelle des Verbindungsabschnitts 46 bzw. der Gelenke 52, 54 des Verbindungsabschnitts 46 an der Aufnahmeplattform 40 bezeichnet. Die Gelenke 52, 54, 56, 58, 60, 62 können über geeignete Koppelstellen, etwa über sphärische Lagerflächen mit der Basis 32 und der Aufnahmeplattform 40 gekoppelt sein.
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2 veranschaulicht eine Seitenansicht der bereits in 1 gezeigten Handhabungsvorrichtung 12. 3 zeigt eine vergrößerte Teilansicht der in den 1 und 2 gezeigten Handhabungsvorrichtung 12, insbesondere im Bereich der Aufnahmeplattform 40.
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Die Aufnahmeplattform 40 stellt eine Führung 72 für den Handhabungsmanipulator 26 bereit, der das medizinische Instrument 28 trägt. Zu diesem Zweck umfasst die Aufnahmeplattform 40 beispielhaft eine erste Schiene 76 und eine zweite Schiene 78. Die Schienen 76, 78 sind jeweils ringartig gestaltet. Die Schienen 76, 78 sind konzentrisch und zueinander parallel versetzt angeordnet, wobei die Schiene 76 einen kleineren Durchmesser als die Schiene 78 aufweist. Es ergibt sich insgesamt eine konische Gestaltung der Führung 72.
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Die Schienen 76, 78 sind über Streben 80 miteinander verbunden. Zumindest einige der Streben 80 dienen als Aufnahme für die Lagerstellen 68, die zwischen der Aufnahmeplattform 40 und den Verbindungsabschnitten 46, 48, 50 vorgesehen sind.
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Der Handhabungsmanipulator 26 ist an einem Schlitten 84 aufgenommen. Der Schlitten 84 ist mit der Führung 72 gekoppelt. Die Führung 72 erlaubt eine Bewegung des Schlitten 84 entlang einer Führungsbahn, vergleiche einen gekrümmten Doppelpfeil 86 in den 3 und 7. Auf diese Weise kann der Handhabungsmanipulator 26 gemäß dem anhand der 1 bis 7 gezeigten Ausführungsbeispielen entlang einer Kreisbahn verfahren werden, deren Zentrum mit dem Zentrum der Aufnahmeplattform 40 bzw. der Schienen 76, 78 zusammenfällt.
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Der Handhabungsmanipulator 26 ist beispielhaft als Mehrachs-Roboter ausgestaltet. Der Handhabungsmanipulator 26 umfasst beispielhaft mit 88, 90, 92 bezeichnete Bewegungsachsen, vergleiche hierzu auch 3. Auf diese Weise wird eine räumliche Ausrichtung des medizinischen Instruments 28 ermöglicht. Es versteht sich, dass weitere Bewegungsachsen vorgesehen sein können.
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Für den Schlitten 84, der den Handhabungsmanipulator 26 trägt, kann ein 94 bezeichneter Antrieb vorgesehen sein. Auf diese Weise kann der Handhabungsmanipulator 26 motorisch entlang der durch die Führung 72 bereitgestellten Führungsbahn verfahren werden. Es ist jedoch auch vorstellbar, keinen motorischen Antrieb zur Bewegung des Schlittens 84 entlang der Führung 72 vorzusehen. Demgemäß kann bei dieser Ausführungsform der Handhabungsmanipulator 26 händisch bewegt werden. Vorzugsweise ist eine Arretiereinheit vorgesehen (nicht explizit dargestellt), die den Handhabungsmanipulator 26 in seiner Ist-Lage an der Führung 72 fixiert.
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In 3 ist ferner mit 96 ein Halter bezeichnet, der als Aufnahme für das medizinische Instrument 28 dient. Es versteht sich, dass auch der Halter 96 zumindest eine weitere Bewegungsachse für das medizinische Instrument 28 bereitstellen kann. Die Bewegungsachsen 88, 90, 92 des Handhabungsmanipulators 26 sind seriell angeordnet. Es ergibt sich eine serielle kinematische Kette zwischen dem Schlitten 84 und dem Halter 96 für das medizinische Instrument 28.
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Es versteht sich, dass Gestaltungen vorstellbar sind, bei denen anstatt des Halters 96 ein medizinisches Instrument oder ein medizinisches Gerät direkt am Handhabungsmanipulator 26 ausgebildet ist, ohne dass der Halter 96 zwischengeordnet ist.
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Mit besonderem Verweis auf die 2 und 4 wird eine denkbare Parkposition der Manipulatorplattform 30 bzw. der Handhabungsvorrichtung 12 veranschaulicht. In den 2 und 4 ist jeweils mit 38 eine (nicht explizit gezeigte) Decke oder Deckenseite angedeutet. An der Decke 38 ist die Basis 32 aufgenommen. In 4 ist die Positioniereinheit 42 derart konfiguriert, dass die Aufnahmeplattform 40 deutlich an die Basis 32 angenähert ist, vergleiche auch die ausgefahrene Stellung in 2. Ferner kann auch der Handhabungsmanipulator 26 mit dem daran aufgenommenen medizinischen Instrument 28 in eine Ruheposition oder Parkposition verfahren.
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Insgesamt hat dies den Vorteil, dass rund um den Patienten 14 (vergleiche 1) genügend Raum zur Verfügung steht, wenn die Handhabungsvorrichtung 12 gerade nicht genutzt wird. Somit kann die Handhabungsvorrichtung 12 etwa auch dann im Operationssaal oder Behandlungsraum/Diagnoseraum verbleiben, wenn gerade eine andersartige Behandlung/Anwendung durchgeführt wird. Wie vorstehend bereits erwähnt besteht ein weiterer Vorteil der deckenseitigen Anordnung bzw. Deckenführung darin, dass Versorgungsleitungen, Signalleitungen und Ähnliches auch an der Decke entlanggeführt werden können. Somit ist es nicht erforderlich, diese Leitungen am Boden anzuordnen.
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5 veranschaulicht eine geschnittene Teilansicht der Handhabungsvorrichtung 12 im Bereich der Aufnahmeplattform 40. Die Führung 72 der Aufnahmeplattform 40 weist wie vorstehend bereits beschrieben zwei Schienen 76, 78 auf, die konzentrisch zueinander aber voneinander versetzt angeordnet und durch Streben 80 verbunden sind. Die Schienen 76, 78 stellen jeweils Laufflächen oder Führungsflächen 100, 102 bereit. Der Schlitten 84 (vergleiche auch 3, 6 und 7) kann entlang der Führungsflächen 100, 102 bewegt werden.
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Der Darstellung in 5 ist ferner entnehmbar, dass die Schienen 76, 78 gemäß einer beispielhaften Ausführungsform mit nicht-runden Querschnitten 104, 106 versehen sind. Dies kann insbesondere rechteckige Querschnitte oder sonstige polygonale Querschnittsformen umfassen, die gleichwohl mit runden Übergängen bzw. mit Fasen versehen sein können. Vorzugsweise sind die Schienen 76, 78 rohrartig, also innen hohl gestaltet. Die nicht-runde Form der Querschnitte 104, 106 hat den Vorteil, dass sich (im Querschnitt betrachtet) ebene Führungsflächen 100, 102 ergeben. Es versteht sich, dass die Führungsflächen 100, 102 der Schienen 76, 78 insgesamt umlaufen, also in zumindest einer Richtung gekrümmt sind. Jedoch kann etwa der Schlitten 84 über geeignete Rollen oder Räder die Führungsflächen 100, 102 kontaktieren und leichtgängig entlang der Führung 72 bewegt werden, vergleiche wiederum den gekrümmten Doppelpfeil 86 in den 3 und 7.
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6 zeigt eine Ansicht der Handhabungsvorrichtung 12 von unten her, wobei die Ausrichtung bzw. der Zustand der Aufnahmeplattform 40 in Bezug auf die Basis 32 etwa mit dem Zustand in der Darstellung gemäß 2 übereinstimmt. Die Basis 32 ist mit einem ringartig gestalteten Rahmen 34 versehen. An der Basis 32 sind die Verbindungsabschnitte 46, 48, 50 etwa jeweils um 120 Grad zueinander versetzt aufgenommen. In ähnlicher Weise sind die Verbindungsabschnitte 46, 48, 50 auch mit der Aufnahmeplattform 40 gekoppelt, wobei sich auch hier eine um jeweils 120 Grad versetzte Anordnung ergibt. Aufgrund der Gestaltung der Positioniereinheit 42 sind vielfältige Relativlagen und Relativorientierungen zwischen der Aufnahmeplattform 40 und der Basis 32 vorstellbar. Insbesondere ist es auch vorstellbar, die Aufnahmeplattform 40 nicht parallel in Bezug auf die Basis 32 zu platzieren.
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7 veranschaulicht die konzentrische Anordnung der Schienen 76, 78 der Führung 72. Insgesamt kann sich eine kreisförmige Führungsbahn (Doppelpfeil 86) für den am Schlitten 84 aufgenommenen Handhabungsmanipulator 26 und das darin aufgenommene medizinische Instrument 28 ergeben.
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Mit erneutem Bezug auf die in 1 gezeigte Konfiguration sowie mit ergänzendem Bezug auf die 8, 9 und 10, die abweichende Konfigurationen veranschaulichen, werden mögliche Anwendungsfälle der Handhabungsvorrichtung 12 bzw. der Manipulatorplattform 30 erläutert.
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1 zeigt einen Zustand, bei dem die Aufnahmeplattform 40 etwa parallel zur Basis 32 ausgerichtet ist. Ferner ist die Aufnahmeplattform 40 etwa mittig oder konzentrisch zur Basis 32 positioniert. Wie vorstehend bereits veranschaulicht, eignet sich die gezeigte Konfiguration beispielsweise für laparoskopische Untersuchungen und/oder Operationen.
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Bei der in 8 gezeigten Anwendungsumgebung 10 ist die Aufnahmeplattform 40 geneigt oder schrägt zur Basis 32 der Manipulatorplattform 30 ausgerichtet. Eine derartige Ausrichtung eignet sich etwa für urologische und/oder gynäkologische Untersuchungen/Behandlungen. Es versteht sich, dass die in 8 gezeigte Konfiguration eine entsprechende Ausrichtung des Handhabungsmanipulators 26 in Bezug auf die Aufnahmeplattform 40 und den Patienten 14 beinhaltet.
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9 veranschaulicht eine Konfiguration der Anwendungsumgebung 10, bei der die Handhabungsvorrichtung 12 zur Behandlung unterer Extremitäten des Patienten 14, etwa für arthroskopische Behandlungen oder Ähnliches ausgerichtet ist. Beispielhaft ist gemäß dieser Konfiguration die Aufnahmeplattform 40 parallel zur Basis 32 ausgerichtet. Jedoch ist die Aufnahmeplattform 40 nicht konzentrisch oder mittig zur Basis 32 ausgerichtet, sondern in eine außermittige Position verfahren, um den Handhabungsmanipulator 26 mit dem daran aufgenommenen medizinischen Instrument 28 in geeigneter Weise an den Patienten 14 heranzuführen. Ein Vorteil dieser außermittigen Anordnung kann darin bestehen, dass der sich ergebende Freiraum, etwa über dem Rumpf des Patienten 14 für das Personal bzw. den Operateur zugänglich ist.
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10 veranschaulicht eine weitere alternative Konfiguration der Handhabungsvorrichtung 12 in einer Anwendungsumgebung 10. Beispielhaft ist in 10 der Patient 14 in einer geneigten Position, also nicht liegend, an der Patientenauflage 16 aufgenommen. Durch eine leichte Neigung oder Schrägstellung der Aufnahmeplattform 40 kann wiederum der Handhabungsmanipulator 26 in geeigneter Weise an den Oberkörper des Patienten 14 herangeführt werden. Eine ähnliche Konfiguration ist zum Beispiel für zahnmedizinische und/oder kieferchirurgische Behandlungen vorstellbar.
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Es versteht sich, dass die in den 1, 8, 9 und 10 gezeigten Konfigurationen lediglich beispielhafter Art sind. Viele weitere Konfigurationen sind vorstellbar. Sollte die Handhabungsvorrichtung 12 einmal nicht genutzt werden, kann eine Parkposition eingenommen werden, vergleiche wiederum 4.
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Es versteht sich ferner, dass an der Aufnahmeplattform 40 grundsätzlich auch zwei oder mehr Handhabungsmanipulatoren 26 gleichzeitig aufnehmbar sind. Dies kann beispielhaft für kombinierte diagnostische und operative Behandlungen genutzt werden, wenn Diagnoseinstrumente und Operationsinstrumente an den Patienten 14 herangeführt werden müssen. Dies kann beispielhaft das Zuführen eines endoskopischen Instruments sowie einer medizinischen Klemme betreffen.
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Wie vorstehend bereits erwähnt, ist es vorstellbar, die Positioniereinheit 42 ohne separate Antriebe auszubilden. Demgemäß kann die Aufnahmeplattform 40 manuell verschoben und/oder verschwenkt werden, um die gewünschte Konfiguration herbeizuführen. Sobald dies geschehen ist, kann die Positioniereinheit 42 arretiert oder gesperrt werden. Nunmehr steht eine feste Plattform zur Aufnahme des Handhabungsmanipulators 26 zur Verfügung.
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Gleichwohl ist es ebenso vorstellbar, ein oder mehrere Gelenke der Positioniereinheit 42 mit einem motorischen Antrieb zu versehen bzw. zu koppeln. Auf diese Weise kann die Aufnahmeplattform 40 durch geeignete Steuerbefehle in die gewünschte Position und Orientierung verfahren werden. Auch bei dieser Ausgestaltung ist es vorstellbar, separate Blockiereinrichtungen/Arretiereinrichtungen vorzusehen, um die Aufnahmeplattform 40 in der Zielkonfiguration fixieren zu können.
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Gleichermaßen kann auch die Bewegung des Handhabungsmanipulators 26 entlang der durch die Führung 72 bereitgestellten Bahn (vergleiche den Doppelpfeil 86 in den 3 und 7) motorisch oder händisch ausgeführt werden.
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Mit Bezugnahme auf die 11 und 12, sowie mit ergänzendem Bezug auf die 1 und 6, werden alternative Ausgestaltungen von Handhabungsvorrichtungen 12 veranschaulicht, die im Hinblick auf ihre grundsätzliche Gestaltung der vorstehend anhand der 1 bis 10 veranschaulichten Handhabungsvorrichtung 12 zumindest ähnlich gestaltet sind.
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Erneut wird auf 1 verwiesen, bei der den Verbindungsabschnitten 46, 48, 50 der parallelen Mehrachskinematik 44 der Positioniereinheit 42 jeweils teleskopierbare Gelenke (Schubgelenke) 52, 54, 56, 58, 60, 62 zu geordnet sind.
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In 6 veranschaulichen beispielhaft die Bezugszeichen 116, 118, die den Gelenken 60, 62 des Verbindungsabschnitts 50 zugeordnet sind, die Teleskopierbarkeit der Schubgelenke, vergleiche auch die Doppelpfeile 120, 122. Gleichermaßen können auch die übrigen Verbindungsabschnitte 46, 48 bzw. die diesen zugeordneten Gelenke 52, 54, 56, 58 gestaltet sein. Vorzugsweise ist jedes der als Schubgelenk ausgeführten Gelenke separat ansteuerbar und/oder unabhängig von den übrigen Gelenken beweglich. Auf diese Weise kann eine Vielzahl von Raumlagen und Raumorientierungen der Aufnahmeplattform 40 in Bezug auf die Basis 32 herbeigeführt werden.
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11 zeigt eine grundsätzlich ähnliche Gestaltung der Positioniereinheit 42, wobei jedoch den Verbindungsabschnitten 46, 48, 50 entsprechende Gelenke 52, 56, 60 zugeordnet sind, die als Schwenkgelenke oder Schwenkarme 128, 130, 132 gestaltet sind. Die Schwenkarme 128, 130, 132 sind in 11 lediglich schematisch angedeutet, vergleiche auch die gekrümmten Doppelpfeile 134, 136, 138, die entsprechende Bewegungsrichtungen der den Verbindungsabschnitten 46, 48, 50 zugeordneten Schwenkarme 128, 130, 132 veranschaulichen.
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Den Schwenkarmen 128, 130, 132 können beispielsweise Servomotoren zugeordnet werden, so dass eine motorische Verschwenkbarkeit ermöglicht ist. Es ist vorstellbar, die Schwenkarme 128, 130 wiederum mit (zusätzlichen) Schubgelenken 116, 118 zu koppeln, die dem jeweiligen Verbindungsabschnitt 46, 48, 50 zugeordnet sind. Gemäß dieser Ausführungsform können die Schwenkarme 128, 130, 132 eine Grobausrichtung bewirken. Eine Feinausrichtung kann über die Schubgelenke 116, 118 des jeweiligen Verbindungsabschnitts 46, 48, 50 herbeigeführt werden.
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In 11 ist die Basis 32 nicht ringartig oder scheibenartig gestaltet. Gleichwohl ist auch die Basis 32 der in 11 gezeigten Manipulatorplattform 30 zur Aufnahme an einer Decke ausgebildet. Die Basis 32 gemäß den verschiedenen exemplarisch gezeigten Ausführungsformen ist jeweils flach bzw. eben gestaltet und definiert eine gemeinsame Ebene, in der die Verbindungsabschnitte 46, 48, 50 an die Basis 32 ankoppeln. Somit kann die Basis 32 grundsätzlich auch als Basisplatte oder Basisebene bezeichnet werden.
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Die Aufnahmepunkte für die Verbindungsabschnitte 46, 48, 50 sowohl an der Basis 32 als auch an der Aufnahmeplattform 40 definieren beispielhaft jeweils Eckpunkte eines gleichschenkligen Dreiecks.
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12 veranschaulicht eine weitere exemplarische Abwandlung der Positioniereinheit 42 der Manipulatorplattform 30.
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Die Basis 32 ist etwa sternförmig gestaltet und mit drei Armen versehen, denen jeweils Gelenke 52, 56, 60 in Form von Lineartrieben 148, 150, 152 zugeordnet sind. Bei den Lineartrieben 148, 150, 152 kann es sich etwa um sogenannte Linearmotoren, um Spindeltriebe, Kugelspindeltriebe oder dergleichen handeln. In 12 veranschaulichen mit 154, 156, 158 bezeichnete Doppelpfeile entsprechende Bewegungsrichtungen. Jeder der Lineartriebe 148, 150, 152 ist einem der Verbindungsabschnitte 46, 48, 50 zugeordnet. Wie auch vorstehend bereits in Zusammenhang mit 11 veranschaulicht, schließt dies nicht aus, dass die Verbindungsabschnitte 46 weiterhin mit Schubgelenken 116, 118 versehen sind. Auf diese Weise kann über die Lineartriebe 148, 150, 152 eine Grobausrichtung bzw. Grobpositionierung der Aufnahmeplattform 40 bewirkt werden. Eine Feinausrichtung kann über die Schubgelenke 116, 118 der jeweiligen Verbindungsabschnitte 46, 48, 50 bewirkt werden.
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Es ist grundsätzlich vorstellbar, die Positioniereinheit 42 der in den 1, 11 und 12 gezeigten Ausführungsformen mit Verbindungsabschnitten 46, 48, 50 zu versehen, die jeweils lediglich ein Schubgelenk oder Schwenkgelenk aufweisen, mit dem eine Positionierung der Aufnahmeplattform 40 relativ zur Basis 32 erfolgen kann. Dies kann ausreichend für zumindest einige Anwendungsfälle sein. Gleichwohl erlaubt eine parallele Mehrachskinematik, die insgesamt sechs (oder gar mehr) steuerbare Bewegungsachsen (statt drei Haupt-Bewegungsachsen) aufweist, eine größere Variabilität und Mannigfaltigkeit der erzielbaren Positionen und Ausrichtungen zwischen der Aufnahmeplattform 40 und der Basis 32.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- US 6933695 B2 [0003]
- EP 0836425 A1 [0004]
